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      淺談影響酶制劑催化作用的幾個因素

      在追求綠色低碳的生活中,酶制劑的高效、安全、無毒副作用及對環境影響小等特點,滲透到我們生活的方方面面。如,我們吃的面包、喝的果汁飲料、手里用的紙質文件都可以用到酶制劑。酶制劑的這些優勢,使得在國家的“十二五”國家戰略規劃中,列入國家戰略新興產業目錄。因此,認識酶制劑的化學本質,了解酶蛋白的共性、催化特性和各種影響催化反應的因素,控制外界條件,對于合理、正確使用酶制劑、防止酶制劑失活,提高催化反應的效率有重要意義。以下簡單的介紹影響酶制劑催化作用的幾個因素。一、PH值的影響每種酶僅在較窄的pH范圍內才表現出較高的活力,該pH值即是酶作用的最適pH值。一般來說,酶在最適pH值表現最穩定,因此酶作用的pH值也就是其穩定的pH值。酶反應pH值過高或過低,酶都會受到不可逆的破壞,穩定性、活力下降,甚至失活。不同酶的最適pH范圍不同,偏酸性、中性、偏堿性的都有。比如根據作用最適pH值,常把蛋白酶分為酸性蛋白酶、中性蛋白酶和堿性蛋白酶。酶作用pH值也是一定條件下,測得的參數。溫度或底物不同,酶作用的最適pH不同,溫度越高,酶作用的穩定pH范圍越窄。因此,在酶催化反應過程中,必須嚴格控制反應的pH值。通過恒定50度溫水的水浴,可以加塊果膠酶的反應速度。溫度每升高10℃,酶反應速度增加1~2倍。二、溫度的影響在一定條件下,每種酶都有一個最適作用的溫度,在此溫度下酶活力最高,作用效果最好,酶也較穩定,酶催化反應的速度增加和酶活力的熱變性損失達到平衡,這個溫度便是酶作用的最適溫度。每種酶還有一個活性穩定的溫度,在此溫度下在一定的時間、pH和酶濃度下,酶較穩定,不發生或極少發生活力下降,這一溫度為酶的穩定溫度。超過穩定溫度進行作用,酶會急劇失活。酶的這種熱靈敏性,可用臨界失效溫度Tc表示,指酶在1h喪失一半活力的溫度。所以,一般只有在酶的有效溫度范圍內,才能進行有效的催化作用,溫度每升高10℃,酶反應速度增加1~2倍。溫度對酶作用的影響還與其受熱的時間有關,反應時間延長,酶的最適溫度會降低。另外,酶反應的底物濃度、緩沖液種類、激活劑和酶的純度等因素,也會使酶的最適溫度和穩定溫度有所變化。三、酶濃度和底物濃度的影響底物濃度是決定酶催化反應速度的主要因素,在一定的溫度、pH及酶濃度的條件下。底物濃度很低時,酶的催化反應速度隨底物濃度的增加而迅速加快,兩者成正比。隨著底物濃度的增加,反應速度減緩,不再按正比例升高。底物濃度和酶催化反應速度之間的關系,一般可用米氏方程式表示。有時底物濃度很高,還會因底物抑制作用造成酶反應速度下降。當底物濃度大大超過酶濃度,酶催化反應速度一般與酶濃度成正比。此外,如果酶濃度太低,酶有時會失效,使反應無法進行。在食品加工中所進行的酶催化反應,酶用量一般比底物量少許多,同時也要考慮酶的成本因素。四、抑制劑的影響??許多物質可以減弱、抑制,甚至破壞酶的作用,這些物質稱為酶的抑制劑。如重金屬離子(Fe3+、Cu2+、Hg+、Pb+等)、一氧化碳、硫化氫、有機陽離子、乙二胺和四乙酸等。實際生產中,要了解和避免抑制劑對酶催化作用的影響。五、激活劑的影響許多物質具有保護和增加酶活性的作用,或者促使無活性的酶蛋白轉變成有活性的酶,這些物質統稱為酶激活劑。激活劑可分為三類:第一類是無機離子,如Na+、K+、Ca2+、、Mg2+、Cu2+、Co2+、Zn2+等陽離子,以及Cl-、NO3-、PO43-、SO42-等陰離子。第二類是分子較小的有機物,主要是維生素B族及其衍生物。第三類是具有蛋白質性質的高分子物質。激活劑對酶催化反應速度的影響與底物濃度相似,但在實際生產中應用很少。如圖中的粉狀與液體堿性蛋白酶,粉狀酶制劑易于保存和運輸,如在生產中用酶量很快,也可考慮液體狀酶制劑,應根據實際生產而定。六、保存環境的影響酶制劑在低溫環境下處于休眠狀態,要使酶長期保存而不失去活性,在10℃保存酶活損失5-10%/6個月,常溫保存酶活損失10-15%/6個月。所以關鍵在于干燥和低溫。熱和光照都易使酶失去活性,因此,酶制劑應密閉儲存在低溫避光處。另外,酶制劑水分含量越高,越易失活,故一般粉狀酶制劑易于保存和運輸。此外,有些金屬離子也能引起酶失去活性或抑制酶的活力,應避免選擇金屬離子的容器來保存酶制劑。

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      2021-09


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